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Colecção

Formação Modular Automóvel

CÁLCULOS E CURVAS CARACTERÍSTICAS DO

MOTOR

CÁLCULOS E CURVAS CARACTERÍSTICAS DO

MOTOR

COMUNIDADE EUROPEIAFundo Social Europeu

Cálculos e Curvas Características do Motor

Referências

Colecção Formação Modular Automóvel

Título do Módulo Cálculos e Curvas Características do Motor

Coordenação Técnico-Pedagógica CEPRA – Centro de Formação Profissional da Reparação Automóvel Departamento Técnico Pedagógico

Direcção Editorial CEPRA – Direcção

Autor CEPRA – Desenvolvimento Curricular

Maquetagem CEPRA – Núcleo de Apoio Gráfico

Propriedade Instituto de Emprego e Formação Profissional Av. José Malhoa, 11 - 1000 Lisboa

1ª Edição Portugal, Lisboa, Fevereiro de 2000

Depósito Legal 147892/00

“Produção apoiada pelo Programa Operacional Formação Profissional e Emprego, cofinanciado peloEstado Português, e pela União Europeia, através do FSE”

“Ministério de Trabalho e da Solidariedade – Secretaria de Estado do Emprego e Formação”

© Copyright, 2000 Todos os direitos reservados

IEFP


Índice

ÍNDICE

DOCUMENTOS DE ENTRADA

OBJECTIVOS GERAIS DO MÓDULO .........................................................E.1

OBJECTIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................E.1

PRÉ-REQUISITOS ........................................................................................E.3

CORPO DO MÓDULO

0 - INTRODUÇÃO ......................................................................................... 0.1

1 - POTÊNCIA ............................................................................................... 1.1

1.1 - FORÇA........................................................................................................1.1

1.1.1 - UNIDADES DA FORÇA............................................................................... 1.3

1.2 - TRABALHO .................................................................................................1.4

1.2.1 - UNIDADES DO TRABALHO........................................................................ 1.4

1.2.2 - TRABALHO NO INTERIOR DO CILINDRO................................................. 1.7

1.3 - POTÊNCIA...................................................................................................1.8

1.3.1 - UNIDADES DE TRABALHO ........................................................................ 1.9

1.3.2 - TRABALHO NO INTERIOR DO CILINDRO................................................. 1.9

1.4 - POTÊNCIA ................................................................................................1.10

1.4.1 - UNIDADES DA POTÊNCIA........................................................................ 1.12

1.4.2 - POTÊNCIA DO MOTOR ........................................................................... 1.13

1.4.3 - POTÊNCIA INDICADA.............................................................................. 1.14

1.4.4 - CONSUMO ESPECÍFICO / POTÊNCIA ESPECÍFICA .............................. 1.16

1.4.4 .1 - CONSUMO ESPECÍFICO............................................................. 1.16

1.4.4 .2 - POTÊNCIA ESPECÍFICO ............................................................. 1.17

1.4.5 - POTÊNCIA EFECTIVA ............................................................................... 1.19

1.4.5.1 - FREIO DE PRONY ....................................................................... 1.19

1.4.6 - RELAÇÃO PESO / POTÊNCIA................................................................... 1.22


Índice

2 - BINÁRIO MOTOR.................................................................................... 2.1

2.1 - BINÁRIO - DEFINIÇÃO ............................................................................. 2.1

2.1.1 - UNIDADES DO BINÁRIO.............................................................................2.4

2.2 - BINÁRIO MOTOR....................................................................................... 2.5

2.3 - BINÁRIO RESISTENTE.............................................................................. 2.7

3 - RENDIMENTO ......................................................................................... 3.1

3.1 - RENDIMENTO - DEFINIÇÃO..................................................................... 3.1

3.1 - RENDIMENTO MECÂNICO ....................................................................... 3.2

3.2 - RENDIMENTO TÉRMICO .......................................................................... 3.3

3.4 - RENDIMENTO TOTAL ............................................................................... 3.4

3.5 - RENDIMENTO VOLUMÉTRICO ................................................................ 3.5

3.6 - BALANÇO EFECTIVO................................................................................ 3.6

3.6 - BALANÇO TÉRMICO ................................................................................. 3.7

4 - CURVAS CARACTERÍSTICAS............................................................... 4.1

4.1 - VARIAÇÃO DA CURVA DA POTÊNCIA .................................................... 4.3

4.2 - VARIAÇÃO DA CURVA DO BINÁRIO MOTOR ......................................... 4.6

4.3 - COMPARAÇÃO ENTRE AS CURVAS DE MOTORES DIESEL E GASOLINA.............................................................................. 4.12

BIBLIOGRAFIA.............................................................................................C.1

DOCUMENTOS DE SAÍDA

PÓS-TESTE .................................................................................................. S.1

CORRIGENDA DO PÓS-TESTE .................................................................. S.6

Cálculos e Curvas Características do Motor E.1

Objectivos Gerais e Específicos

OBJECTIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS

No final deste módulo, o formando deverá ser capaz de:

OBJECTIVO GERAL

Definir os conceitos de binário motor, potência e rendimento, identifi-

car a sua influência no funcionamento do motor e os factores que os

influenciam. Deverá também identificar diagramas de curvas caracte-

rísticas dos vários tipos de motores e interpretar a evolução das mes-

mas curvas.

OBJECTIVOS ESPECÍFICOS

1. Definir o conceito de binário motor.

2. Definir o conceito de rendimento térmico de um motor.

3. Definir o conceito de rendimento mecânico de um motor.

4. Definir o conceito de rendimento volumétrico de um motor.

5. Definir o conceito de rendimento total de um motor.

6. Definir o conceito de potência indicada de um motor.

Cálculos e Curvas Características do Motor E.2

Objectivos Gerais e Específicos

7. Definir o conceito de potência efectiva de um motor.

8. Definir o conceito de potência específica de um motor.

9. Definir o conceito de potência dissipada de um motor.

10. Definir o conceito de relação peso / potência de um motor. e de um veículo automóvel.

11. Definir o conceito de consumo específico de um motor.

12. Definir o conceito de pressão média eficaz de um motor.

13. Dado um diagrama de curvas características de um motor, interpre-tar a evolução das curvas em função da rotação do motor.

Cálculos e Curvas Características dos Motores E.3

Pré-Requisitos

COLECÇÃO FORMAÇÃO MODULAR AUTOMÓVEL

C irc. Int eg rad o s, M icro cont ro lad o r

es e M icro p ro cessad o

res

R ed e d e A r C o mp . e

M anut enção d e F errament as Pneumát icas

Sist emas Elect ró nico s

D iesel

C aract er í st icas e F uncio nament o d o s M o t o res

F o cag em d e F aró is

Lâmp ad as, F aró is e F aro lins

Sist emas d e A rref eciment o

So b realiment ação

R ed e Eléct r ica e M anut enção d e

F errament as Eléct r icas

Sist emas d e Inf o rmação

Sist emas d e Seg urança

Passiva

Sist emas d e D irecção

M ecânica e A ssist ida

Sist emas d e T ransmissão

Sist emas d e C o nf o rt o e Seg urança

Emb raiag em e C aixas d e

V elo cid ad es

Sist emas d e Injecção M ecânica

D iag nó st ico e R ep aração em

Sist emas M ecânico s

D iag nó st ico e R ep . d e A varias

no Sist ema d e Susp ensão

U nid ad es Elect ró nicas d e

C o mand o , Senso res e A ct uad o res

N o çõ es B ásicas d e So ld ad ura M et ro lo g ia

Órg ão s d a Susp ensão e seu F uncio nament o

Geo met r ia d e D irecção

OUTROS MÓDULOS A ESTUDAR

A nálise d e Gases d e Escap e e Op acid ad e

Pro cesso s d e F uração ,

M and ri lag em e R o scag em

Gases C arb urant es e

C o mb ust ão

N o çõ es d e M ecânica

A ut o mó vel p ara GPL

C o nst it uição e F uncio nament o d o Eq uip ament o C o n-verso r p ara GPL

Leg islação Esp ecí f ica so b re

GPL

D iag nó st ico e R ep aração em Sist emas co m

Gest ão Elect ró nica

D iag nó sico e R ep aração em

Sist emas Eléct r ico s

C o nvencio nais

R o d as e Pneus

F errament as M anuais

T ermo d inâmicaM anut enção Pro g ramad a

Pro cesso s d e T raçag em e

Puncio nament o

Pro cesso s d e C o rt e e D esb ast e

Emissõ es Po luent es e

D isp o sit ivo s d e C o nt ro lo d e

Emissõ es

Sist emas d e Seg urança A ct iva

Sist emas d e T ravag em

A nt ib lo q ueio

Sist emas d e Injecção

Elect ró nica

V ent i lação F o rçad a e A r C o nd icio nad o

Sist emas d e T ravag em

Hid ráulico s

M ag net ismo e Elect ro mag net ism

o - M o t o res e Gerad o res

Sist emas d e C arg a e A rranq ue

C o nst rução d a Inst alação Eléct r ica

Lub rif icação d e M o t o res e

T ransmissão

A liment ação D iesel

Sist emas d e A liment ação p o r

C arb urad o r

Leit ura e Int erp ret ação d e

Esq uemas Eléct r ico s A ut o

D ist r ib uição

C o mp o nent es d o Sist ema Eléct r ico e sua Simb o lo g ia

Elect r icid ad e B ásica

Sist emas d e A viso A cúst ico s e

Lumino so s

Sist emas d e Ig nição

Sist emas d e C o municação

T ecno lo g ia d o s Semi- C o nd ut o res -

C o mp o nent es

C álculo s e C urvas C aract er í st icas

d o M o t o r

Sist emas d e A d missão e d e

Escap e

T ip o s d e B at er ias e sua M anut enção

Org anização Of icinal

LEGEN D A

Módulo em estudo

Pré-Requisito

Int ro d ução ao A ut o mó vel

D esenho T écnico M at emát ica ( cálculo )

F í sica, Quí mica e M at er iais

PRÉ-REQUISITOS

Cálculos e Curvas Características do Motor 0.1

Introdução

0 - INTRODUÇÃO

Binário e Potência. Duas palavras míticas, talvez as mais ouvidas no meio automobilísti-

co. São utilizadas como factores principais de comparação entre automóveis. Poucos

são aqueles que não sabem os valores da Potência máxima e Binário máximo desenvol-

vidos pelo motor do seu veículo e a que valores de rotação (rpm) do motor eles aconte-

cem. O mesmo em relação ao automóvel do vizinho, aos automóveis daqueles que lhe

são mais chegados e, aos automóveis dos seus sonhos (os tais que têm valores de

potência e binários fabulosos).

No entanto, apesar de muitos estarem convencidos de que será melhor e mais desejá-

vel o automóvel que apresentar valores mais elevados de Potência e Binário, também é

verdade que são poucos aqueles que têm a noção correcta do significado dos termos

Potência e Binário aplicados ao automóvel.

Ainda menos são aqueles, que sabem que num motor não interessa apenas os valores

máximos de Potência e Binário desenvolvidos, mas também o comportamento ou evolu-

ção da Potência e do Binário ao longo de todo o regime de rotações do motor. Esta evo-

lução é representada nas chamadas curvas características do motor, que são a imagem

de marca das performances do motor.

Outro conceito também importante, é o rendimento do motor.

O profissional da reparação automóvel que conheça e domine os conceitos de binário,

potência e rendimento do motor, bem como os factores que os influenciam e a sua

influência no comportamento do motor, tem meio caminho andado para a execução de

um bom trabalho.


Potência

1 – POTÊNCIA

1.1 – FORÇA

Define-se por força uma causa que permite alterar o estado de movimento ou de repou-

so de um corpo, ou que pode provocar-lhe uma deformação.

Uma força pode colocar em movimento um corpo que se encontre parado, provocar

uma aceleração num corpo que se encontre em movimento uniforme (a velocidade

constante) ou, provocar a sua desaceleração.

Uma força pode provocar, também, a deformação de um corpo.

A força é uma grandeza física vectorial (representada por um vector), definida por 4

(quatro) parâmetros:

Ponto de aplicação da força.

Direcção da força.

Sentido da força.

Intensidade da força.


Potência

A figura 1.1 mostra um exemplo de representação da aplicação de uma força a uma

mola.

Trata-se de uma força com uma intensidade de 1500 N, com ponto de aplicação num

dos extremos da mola, de direcção horizontal e de sentido da esquerda para a direita.

NOTA:

Não confundir direcção da força com sentido da força. Direcção da força, diz res-

peito ao facto da força ser horizontal, vertical, ou em qualquer direcção na diagonal.

Sentido da força, diz respeito ao facto da força, após definida a sua direcção, ser da

esquerda para a direita, da direita para a esquerda, de cima para baixo, ou de baixo

para cima.

1 – Ponto de aplicação; 2 – Direcção; 3 – Sentido; 4 – Intensidade

Fig.1.1 - Representação gráfica de uma força


Potência

EXEMPLO 1:

Na figura 1.2, o operador aplicou uma força (F) à caixa e esta desloca-se sob a acção

dessa força (F) a uma velocidade (v) na mesma direcção e sentido da força aplicada.

Na figura 1.3, a caixa está a deslocar-se a uma velocidade (v) segundo uma direcção e

o operador está a aplicar-lhe uma força (F) na mesma direcção mas no sentido contrário

com o objectivo de a fazer parar.

EXEMPLO 2:

Se quisermos levantar uma cai-

xa a uma altura h (Fig.1.4),

temos de lhe aplicar uma força

com intensidade superior ao seu

peso, com a direcção vertical e

sentido de baixo para cima. O

ponto de aplicação da força,

será situado na base da caixa.

1.1.1 - UNIDADES DA FORÇA

A unidade em que se exprime a força no Sistema Internacional (S.I.) é o Newton que se

representa-se pela letra N.

Outra unidade utilizada é o Quilograma-força que é representada por kgf.

Fig.1.2 – Força aplicada a uma caixa para a fazer andar

Fig.1.3 – Força aplicada a uma caixa para a

Fig.1.4 – Força aplicada a uma caixa para a elevar


Potência

O Newton e o Quilograma-força, relacionam-se da seguinte forma:

EXEMPLO:

Considere uma força de 4 kgf. Qual é seu valor em Newtons (N)?

4 Kgf = 4 x 9,8 = 39,2 N

Considere uma força de 4 N. Qual é seu valor em Quilograma-força (Kgf) ?

1.2 - PRESSÃO

A uma força aplicada a uma determinada superfície dá-se o nome de pressão, ou seja, a

pressão é definida como sendo uma força por unidade de superfície:

1.2.1 – UNIDADES DA PRESSÃO

A unidade em que se expressa a pressão no Sistema Internacional (S.I.), é o Pascal (Pa).

1 kgf = 9,8 N

SuperfícieForça Pressão =

gfK4081,08,9

4N4 ==


Potência

O Pascal relaciona-se com o Newton (N) e o com o metro quadrado (m2) da seguinte for-

ma:

O Newton (N) é uma unidade de força e o metro quadrado (m2) é uma unidade de super-

fície.

Ou seja:

Uma força de 1 N aplicada perpendicularmente sobre uma superfície plana com 1

m2 ,corresponde a uma pressão uniforme de 1 Pa.

A pressão pode também ser expressa em outras unidades, como mostra a tabela 1.1:

Tab.1.1 Unidades da pressão

1 Pa = 1 N/m2 = 1 N.m-2

UNIDADE SIMBOLO RELAÇÕES ENTRE UNIDADES

Pascal Pa 1 Pa = 1 N/m2 = 1 N.m-2

Atmosfera atm 1 atm = 1 bar

Bar bar 1 bar = 105 Pa = 1 kg/cm2


Potência

1.2.2 – PRESSÃO SOBRE O ÊMBOLO

No caso dos cilindros do motor, a pressão que é gerada sobre o êmbolo é resultado da

força dos gases aplicada à superfície da coroa do êmbolo, como mostra a figura 1.5.

Ou seja:

EXEMPLO:

Considere-se um motor a gasolina que funcione num ciclo a 4 tempos com êmbolos

cujos diâmetros têm de 84 mm de diâmetro.

Se a força aplicada sobre as coroas dos êmbolos devido ao processo de combustão

for de 2836 kg, qual o valor da pressão exercida sobre a coroa de cada êmbolo ?

Resolução:

A superfície (área) da coroa do êmbolo é calculada pela seguinte fórmula:

S – Superfície da coroa do êmbolo

D – Diâmetro do êmbolo.

D = 85 mm

Fig.1.5 – Pressão exercida pelos gases sobre a superfície da coroa do êmbolo

êmbolo do coroa da superfícieêmbolo do coroa a sobre gases dos Força êmbolo o sobre Pressão =

4DS

2×π=


Potência

A pressão na coroa do êmbolo é calculada pela seguinte fórmula:

p – pressão sobre a coroa do êmbolo.

F – Força aplicada à coroa do êmbolo.

S – Superfície (área) da coroa do êmbolo.

F = 2836 kg

1.2.2 – PRESSÃO MÉDIA EFICAZ

Num motor real, a pressão dos gases exercida sobre o êmbolo não é constante ao lon-

go do curso motor (tempo de expansão). De facto, essa pressão vai diminuindo ao longo

do curso motor.

Considere-se um motor imaginário em que a pressão exercida sobre o êmbolo é sempre

constante ao longo de todo o curso motor (situação impossível de realizar) e que produz

um trabalho igual aquele que é efectivamente produzido pelo motor real deduzidas as

perdas devido aos atritos entre os vários componentes em movimento do motor e à

energia despendida no accionamento dos órgãos auxiliares do motor.

2222

cm 56,72 mm 5672 485

4DS ==

×π=

×π=

SFp =

bar 50 /cmkg 50 72,56

2836SFp 2 ====


Potência

A esta pressão constante fictícia dá-se o nome de pressão média eficaz.

A pressão média eficaz (pme) pode ser calculada em Kg / cm2 a partir da seguinte

expressão:

Pme- Pressão média eficaz (em Kg / cm2).

P – Potência ( em CV).

V – Cilindrada (em litros).

n – Número de rotações do motor (em rpm).

A pressão média eficaz (pme) permite comparar motores de potência e cilindradas dife-

rentes. É referida muitas vezes nas especificações e características dos diferentes moto-

res.

1.3 - TRABALHO

Se se aplicar uma força a um corpo provocando o seu deslocamento (segundo a direc-

ção da força), como mostra a figura 1.6, está-se a produzir trabalho.

O trabalho exprime-se pelo produto entre a força aplicada e o deslocamento provocado

por essa força. O trabalho é representado pela letra W.

W – Trabalho.

F - Força aplicada.

d - Deslocamento.

Fig.1.6 - Trabalho para elevar 2 metros uma caixa de 5 kg de peso

nVP0,9 Pme ×

×=

W = F × d


Potência

Nota:

Uma força só produz trabalho sobre um corpo que se desloque segundo a direcção

dessa força.

1.3.1 - UNIDADES DO TRABALHO

No Sistema Internacional (S.I.), a unidade que define o trabalho é o Joule que se repre-

senta por J, ou o Newton-metro que se representa por N.m.

O Joule e o Newton-metro são equivalentes e relacionam-se da seguinte forma:

Ou seja, o Joule resulta da multiplicação do valor da força aplicada (em Newton) pela

deslocamento percorrido pelo corpo (em metros).

Outra unidade utilizada para definir o trabalho, é o Quilograma metro que se represen-

ta por kg.m.

Esta unidade é relacionada com as anteriores, da seguinte forma:

1.3.2 – TRABALHO NO INTERIOR DO CILINDRO

Os gases que se encontram sob elevada pressão no interior do cilindro do motor

(quando se dá a combustão), exercem uma força vertical sobre a superfície superior do

êmbolo (coroa do êmbolo) fazendo-o deslocar-se.

1J= 1N.m

1 kg.m = 9,8 J = 9,8 N.m


Potência

Multiplicando o valor da força aplicada na coroa do êmbolo pelo deslocamento do mes-

mo, obtém-se o valor do trabalho produzido.

Exemplo:

Força aplicada na coroa do êmbolo pelos gases: F = 5000 N

Deslocamento do êmbolo: d = 0,08 m

Trabalho produzido: W = F × d = 5000 0,08 = 40 N.m = 40 J

1.4 - POTÊNCIA

A potência é definida como sendo o trabalho realizado por unidade de tempo. Quanto

maior for o trabalho realizado no menor intervalo de tempo, maior é a potência desenvol-

vida.

Vejamos o seguinte exemplo prático que ajuda a visualizar o conceito de potência:

Num armazém de peças de automóveis, dois funcionários (funcionário A e funcionário B)

têm que arrumar 60 caixas de velas de ignição numa prateleira situada a 1 m do solo.

Após arrumarem todas as caixas na prateleira verificou-se o seguinte:

Funcionário A :

- Número de caixas arrumadas: 30 caixas

- Tempo gasto: 6 minutos

Funcionário B:

- Número de caixas arrumadas: 30 caixas

- Tempo gasto: 5 minutos


Potência

Conclusões:

Conclui-se que ambos os funcionários realizaram o mesmo trabalho (ambos arruma-

ram 30 caixas na prateleira situada a 1m do solo).

No entanto, o funcionário B realizou o trabalho em menos tempo. Ou seja com uma

maior potência desenvolvida:

Funcionário A:

Funcionário B:

Qualquer um dos funcionários, para aumentar a potência desenvolvida tem 3 (três) for-

mas possíveis:

1) Aumentar o número de caixas que arruma no mesmo tempo.

2) Aumentar o número de caixas que arruma e diminuir o tempo.

3) Arrumar o mesmo número de caixas e diminuir o tempo.

Em qualquer área profissional, a rapidez com que um trabalho é realizado é de grande

importância. Entre duas máquinas que realizam o mesmo trabalho, com a mesma perfei-

ção, preferimos sempre aquela que é mais rápida (executa o mesmo trabalho em menos

tempo).

É para medir esta rapidez na realização de um trabalho, que é definido o conceito de

potência.

Em termos automobilísticos, pode-se dizer que, para dois veículos iguais com potências

diferentes, o mais potente realiza o mesmo trajecto em menos tempo. No entanto, há

que ter em conta que isto só acontece com relações de caixa e diferenciais iguais, assim

como com pneus com as mesmas dimensões.

utocaixasPotência min/5minutos 6caixas 30

==

utocaixasPotência min/6minutos 5caixas 30

==


Potência

A potência exprime-se da seguinte forma:

P – Potência.

W – Trabalho.

F - Força aplicada.

d - Deslocamento

t - Tempo

1.4.1 - UNIDADES DA POTÊNCIA

No Sistema Internacional (S.I.), a unidade que define a potência é o Watt que se repre-

senta por W. Normalmente utiliza-se um múltiplo do Watt, o kiloWatt que se representa

por kW (1 kW = 1000 W).

Sendo a potência definida como trabalho por unidade de tempo, a unidade Watt pode

ser relacionada com as unidades Joule e segundo da seguinte forma:

Ou seja, a potência de 1 Watt corresponde à produção de 1 Joule de trabalho por

segundo.

Outra unidade utilizada para definir a potência, é o Cavalo Vapor que se representa por

CV.

O Watt e o Cavalo Vapor, relacionam-se da seguinte forma:

1 W= 1 J / s = 1 J.s-1

1 CV= 735,5 W

tdF

tW ×

==P


Potência

Pode-se então fazer as seguintes conversões.

10 CV =10 x 735,5 =7355 W = 7,355 kW

100 CV =100 x 735,5 =73550 W = 73,550 kW

em que, 1 kW (kilowatt) = 1000 W

EXEMPLO:

A Figura 1.7 mostra um exemplo em que existe produção de trabalho e consequente-

mente de potência.

Através da força do cavalo, desenvolve-se a potência de 1 CV, quando o cavalo eleva 1

metro, um peso de 75 kg, em 1 segundo.

1.4.2 - POTÊNCIA DO MOTOR

No interior do cilindro de um motor, durante a combustão, dá-se a transformação da

energia química do combustível em energia calorífica. Parte dessa energia calorifica é

transformada em trabalho mecânico.

Fig.1.7 – Produção de potência

1 metro em 1 segundo


Potência

O trabalho mecânico é o produto entre uma força aplicada e o deslocamento provoca-

do pela aplicação dessa força.

EXEMPLO:

Considere-se que se aplica a um êmbolo de um cilindro, uma força constante que o faz

deslocar desde o PMS ao PMI.

Se a força aplicada ao êmbolo for uma força constante de 1100 kg e o curso do êmbolo

for de 70 mm, o trabalho mecânico desenvolvido será:

F = 1100 kg

d = 70 mm = 0,07 m

Se o êmbolo demorar o tempo de 0,1 segundos a percorrer o curso, a potência desen-volvida será:

t = 0,1 s

W = 77 kgm

1.4.3 - POTÊNCIA INDICADA

A potência indicada, é a potência que é realmente desenvolvida no interior do cilindro

pela combustão e transmitida ao êmbolo.

É a potência que o motor produziria se não houvessem perdas por atrito durante o seu

funcionamento.

W = F × d = 1100 0,07 = 77 kgm

1kgms7701,0

77t

WP −===


Potência

A força que actua sobre o êmbolo, no interior do cilindro, é dada pelo produto entre a

pressão média indicada e a área da superfície do êmbolo onde a força actua (área da

coroa do êmbolo).

A pressão média indicada é a pressão que seria necessário actuar sobre o êmbolo

durante o seu percurso de trabalho (tempo de expansão), para que em condições ideais

a potência desenvolvida fosse igual à potência devida à combustão (potência indicada).

Esta pressão varia com a velocidade de rotação do motor e com a relação de compres-

são.

O trabalho realizado por esta força durante o percurso útil do êmbolo (tempo de expan-

são), é dado pelo produto entre a força e o deslocamento do êmbolo (curso do êmbolo).

F – Força que actua sobre o êmbolo.


C – Curso do êmbolo.

- Pressão média indicada.

Sabendo que a cilindrada unitária (cilindrada de um cilindro) é dada pelo produto entre

a área da coroa do êmbolo e o curso do êmbolo:

VC – Cilindrada unitária.


C – Curso do êmbolo.

- Área da coroa do êmbolo.

Conclui-se que o trabalho desenvolvido num percurso útil do êmbolo, pode também ser

dado pelo produto entre a pressão média indicada e a cilindrada unitária.

A potência indicada é dada pelo produto entre o trabalho desenvolvido durante um per-

curso útil do êmbolo (tempo de expansão) e o número de percursos úteis realizados pelo

êmbolo por unidade de tempo.

C4Dp C F W

2mi ×

×π×=×=

4

2D×π

C 4D V

2c ×

×π=

4D2×π

cmi VpW ×=


Potência

Num motor de 4 (quatro) tempos, cada ciclo completo corresponde a duas rotações do

motor e, como tal:

PI – Potência Indicada

W – Trabalho.

VC– Cilindrada unitária.

n – Número de rotações do motor.

pmi- Pressão média indicada.

Se se considerar a cilindrada unitária (VC) dada em litros e a pressão média (Pmi) dada

em kg/, a potência indicada num motor a 4 (quatro) tempos é dada em CV a partir da

seguinte expressão:



n – Número de rotações do motor.


No caso de um motor a 2 (dois) tempos cada ciclo completo corresponde a uma rota-

ção do motor, sendo a potência indicada dada pela seguinte expressão:



n – Número de percursos úteis do êmbolo


1.4.4 - CONSUMO ESPECÍFICO / POTÊNCIA ESPECÍFICA

A potência específica e o consumo específico de combustível são parâmetros que

permitem comparar motores distintos, mesmo com cilindradas e potências diferentes.

120n V p

120n W

60n

2W P cmi

i××

=×

=×=

900n c V mip

75 120n c Vp

iP mi ××=

×

××=

450

p P n c V mi

i××

=


Potência

1.4.4.1 - CONSUMO ESPECÍFICO

O consumo específico consiste no consumo horário de combustível de um motor por

cada unidade de potência desenvolvida.

Normalmente, o consumo horário é dado em unidade de peso (Quilograma ou grama)

por unidade de tempo (hora), ou seja, Quilogramas por hora (Kg / h) ou gramas por hora (gr / h).

E a potência é dada em QuiloWatt (kW),

O consumo específico é expresso em Quilograma por QuiloWatt-hora (kg / kW.h) ou

em grama por QuiloWatt-hora (gr / kW.h).

O consumo específico de combustível de um motor é medido num banco de ensaios

de motores. É medida a quantidade de combustível necessária para a obtenção de uma

determinada potência durante um determinado intervalo de tempo.

O motor é posto a trabalhar no banco de ensaios a uma velocidade de rotação e potên-

cia regulares. É então medido o tempo de passagem (em segundos) de determinado

valor de combustível (por exemplo 100cm3).

O resultado da medição pode então ser convertido em grama por QuiloWatt-hora (gr / kW.h).

O consumo específico pode ser utilizado como forma de comparar níveis de economia

de consumo de combustível.

1.4.4.2 - POTÊNCIA ESPECÍFICA

A potência específica define-se como sendo a potência efectiva por unidade de cilindra-

da do motor.

Sendo o consumo específico o consumo referido à potência desen-

volvida, o seu valor é máximo quando o motor funciona no regime

mínimo de rotação. Isto porque, a este regime a potência desenvol-

vida é mínima.


Potência

Se a cilindrada for expressa em litros (l) e a potência efectiva em QuiloWatt (kW), a

potência específica será dada em:

QuiloWatt por litro de cilindrada (kW / l).

EXEMPLO:

Considere-se um motor de 2 l (2 litros) de cilindrada e com 110 kW de potência.

A potência específica é: 110/2 = 55 kW / l.

Existem vários factores que têm influência na potência específica, tais como:

Relação de compressão.

Forma da câmra de combustão.

Grau de enchimento dos cilindros.

Grau de expulsão dos gases de escape.

Grau de turbulência da mistura gasosa ar /combustível.

Relação curso do êmbolo / diâmetro do êmbolo.

Número de rotações do motor.

Dimensões e disposição das válvulas de admissão e escape.

Ângulos de abertura e de fecho das válvulas de admissão e escape.

Disposição das velas de ignição.

Etc.


Potência

Pe = Pi - Pd

A tabela 1.2 mostra intervalos de valores comuns (apenas de referência) de potên-

cia específica para diferentes tipos de motores.

Tab.1.2 – Potências específicas

1.4.5 - POTÊNCIA EFECTIVA

A potência efectiva é medida no veio do motor (cambota).

É a potência utilizada para pôr em movimento o conjunto da transmissão e rodas, de

modo a que o veículo de desloque.

A potência efectiva resulta da diferença entre a potência indicada e a potência dissi-pada pelas perdas mecânicas do motor (devido aos atritos internos entre os vários com-

ponentes em movimento do motor e ao accionamento dos órgãos auxiliares do motor).

A potência efectiva é gerada a partir do binário motor. E também é conhecida por

potência ao freio.

Pe – Potência efectiva

Pi - Potência indicada.

Pd - Potência dissipada.

TIPO DE MOTOR POTÊNCIA ESPECÍFICA

Motor a gasolina aspirado De 35 kW/l a 35 kW/l

Motor a gasolina sobrealimentado Até 100 kW/l

Motor Diesel De 22 kW/l a 44 kW/l


Potência

1.4.5.1 – FREIO DE PRONY

A potência efectiva também é conhecida por potência ao freio, pelo facto de para a sua

medição ser utilizado um dispositivo frenante.

Este dispositivo é aplicado ao veio motor, opondo-se ao binário motor permitindo assim a

medição do seu valor.

Um dos dispositivos frenantes utilizados para o efeito, é o chamado freio de Prony.

Este dispositivo não é utilizado actualmente (hoje existem dispositivos eléctricos e

hidráulicos mais sofisticados). No entanto, o principio de medição que utiliza é o mesmo

dos dispositivos actuais e a sua simplicidade permite ter uma ideia clara do modo com é

feita a medição da potência efectiva.

O freio de Prony é um dispositivo constituído por um tambor de raio r, umas sapatas

frenantes reguláveis (Z), e um braço (B) de cujo extremo livre se encontra pendurado um

peso (F) a uma distância R do eixo do tambor, como mostra a figura 1.8.

O tambor de raio r, é solidário ao veio motor e abraçado pelas sapatas (Z).

Z – Sapatas frenantes reguláveis

B – Braço

F – Peso

Fig.1.8 – Freio de Prony


Potência

Quando o veio motor roda arrastando o tambor de raio r, o atrito entre este e as sapatas

(Z) tende a fazer rodar o braço (B), o qual é mantido em equilíbrio pelo peso (F) que pen-

de do extremo livre do braço (B).

O sistema funciona da seguinte maneira:

O motor é montado sobre um suporte adequado e no seu veio motor é acoplado o freio

de Prony, como mostra a figura 1.9. No braço do freio de Prony é colocado um peso (F).

O ensaio com o freio de Prony é realizado com o motor a rodar a uma velocidade de rota-

ção uniforme.

Nestas condições, vai-se apertando regularmente as sapatas (Z) contra o tambor de raio

r, travando o motor até se conseguir o regime de rotação ao qual se deseja medir o biná-

rio motor.

Durante o ensaio, faz-se rodar o motor a diferentes regimes de rotação e faz-se variar o

peso (F) até se conseguir o equilíbrio de forças (forças de acção e reacção que se geram

no veio do motor e no suporte de fixação do motor.

O produto do peso (F) pelo comprimento do braço B do freio de Prony (distância R entre

o veio motor e a linha da acção do peso (F) dá o valor do binário motor em cada condi-

ção de equilíbrio do sistema, nos diferentes regimes de rotação do motor.

Fig.1.9 – Freio de Prony montado num motor


Potência

Em cada condição de equilíbrio do sistema, a potência efectiva em CV pode ser dada

pela seguinte expressão:

Pe – Potência efectiva (em CV)

F – Peso F (em Kg)

n – Número de rotações do motor (em rpm)

R – Comprimento do braço do freio de Prony (em metros)

A potência efectiva resulta da diferença entre a potência indicada e a potência dis-sipada pelas perdas mecânicas do motor (devido aos atritos internos entre os vários

componentes em movimento do motor, ao accionamento dos órgãos auxiliares do

motor e às perdas por bombagem).


Pi.- Potência indicada.

Pd.- Potência dissipada (por perdas mecânicas).

1.4.6 – RELAÇÃO PESO / POTÊNCIA

A relação peso/potência do veículo é dada pelo quociente entre o peso do veículo e a

potência máxima do motor.

A relação peso / potência do veículo pode ser expressa em kg / kW ou em kg / CV

716nFRPe

××=

Pe = Pi - Pd

motor do máxima Potênciaveículo do Peso veículo) (do /potênciapeso Relação =


Potência

A tabela 1.3 mostra intervalos de valores (apenas de referência) de relação peso / potência em kg / CV para diversos tipos de automóveis a gasolina.

Tab.1.3 – Relação peso / potência

Também se pode estabelecer a relação peso / potência de um motor, ou seja, o quo-

ciente entre o peso do motor e a sua potência máxima.

É um critério de comparação entre motores, sendo um motor tanto melhor (segundo

este critério) quanto mais baixo for o valor da relação peso/potência.

TIPOS DE AUTOMÓVEIS RELAÇÃO PESO / POTÊNCIA [ kg / CV ]

Automóveis normais de turismo 8 – 16

Automóveis desportivos 4 – 7

Automóveis de competição 2 – 2,35

Automóveis de Grande Prémio (Fórmula 1) 1,3 – 1,5

motordomáximaPotênciamotor do Peso motor) (do /potênciapeso Relação =


Binário Motor

2 – BINÁRIO MOTOR

2.1 – BINÁRIO - DEFINIÇÃO

Chama-se binário a um conjunto de duas forças paralelas, com a mesma intensidade

(F) e com sentidos opostos, aplicadas a um sistema rígido fixo por um ponto central

(fulcro). As forças são aplicadas à mesma distância (L) do fulcro, como mostra a figura

2.1

Como mostra a figura 2.1, a aplicação de cada força a uma determinada distância do

fulcro (distância L) tende a fazer girar o sistema rígido em torno desse mesmo fulcro.

O conjunto das duas forças pode ser substituído por uma única força, com o dobro da

intensidade de cada uma das duas forças. Se cada uma das duas forças tiver uma

intensidade (F), a força única terá uma intensidade (2 × F) , ou seja (2F).

Fig.2.1 – Exemplo de aplicação de um binário


Binário Motor

EXEMPLO:

A figura 2.2 mostra a aplicação de um binário para fazer rodar um volante em torno do

eixo A (fulcro). O mesmo binário pode ser aplicado de duas formas:

Através de duas forças com a mesma intensidade (F) mas de senti-

dos opostos, aplicadas à mesma distância (r) do eixo de rotação (A)

(é o caso em que se faz rodar o volante com as duas mãos).

Através de uma única força com o dobro da intensidade, ou seja (2F)

aplicada à mesma distância (r) do eixo de rotação (A) (é o caso de se

fazer rodar o volante com apenas uma mão).

O binário pode então ser definido como sendo o esforço (através da aplicação de uma

força) que tende a movimentar um determinado corpo, ou sistema rígido, em torno de

um eixo de rotação.

Fig.2.2 – Exemplo de aplicação de um binário a um volante


Binário Motor

A figura 2.3 mostra um exemplo simples de aplicação de um binário para a abertura de

uma tampa roscada de um frasco de vidro.

Matematicamente, o binário é o resultado da aplicação de uma força a uma determinada

distância do centro de rotação. A essa distância dá-se o nome de braço da força:

Para a determinação do binário aplicado, utiliza-se a seguinte fórmula:

T – Binário.

F – Força aplicada.

d - Distância entre a força aplicada

e o eixo de rotação ou fulcro

(braço da força).

A figura 2.4 ilustra a aplicação de um binário a uma porca de um parafuso através de

uma chave de boca simples.

Como mostra a figura 2.4, pode-se facilmente retirar da interpretação da fórmula do

binário (T = F × d), o seguinte:

Para a mesma força (F) aplicada, quanto maior for a distância (d) entre o ponto de apli-

cação desta e o eixo de rotação maior será o binário resultante (T), ou seja, maior será a

facilidade de rodar o corpo (neste caso a chave de boca simples).

Fig.2.3 – Exemplo de aplicação de um binário para a abertura de uma tampa roscada

T = F × d

} T2 = 2 × T1

F1 = F2 = F

d2 =2 × d1


Binário Motor

No caso concreto da figura 2.4., mostra-se que duplicando o comprimento da chave de

boca e, mantendo a mesma força aplicada, o valor do binário aplicado duplica.

2.1.1 - UNIDADES DO BINÁRIO

O binário, exprime-se em N.m (Newton-metro), como mostra a tabela 1.1.

Tab.1.1 –Unidades do binário

Um binário T =1 N.m pode ser representado por uma força F = 1N aplicada na extremi-

dade do braço de uma chave de boca simples com o comprimento d = 1m.

Fig.2.4 –Em igualdade de força o binário é duplicado se d2 = 2 X d1

BINÁRIO

T = F × d [N.m]

GRANDEZA SIMBOLO UNIDADE SIMBOLO

Força F Newton N

Comprimento d (ou l ) metro m


Binário Motor

2.2 - BINÁRIO MOTOR O binário motor é o binário responsável pela rotação da cambota do motor.

No caso concreto de um motor em funcionamento tem-se o seguinte:

A pressão criada devido ao processo de combustão no interior do cilindro, produz uma

força sobre a coroa do êmbolo. Esta força durante o tempo de expansão (tempo motor) é

aplicada à biela e transmitida por esta à manivela da cambota fazendo-a rodar (sistema

biela manivela).

Ao esforço de rotação assim criado dá-se o nome de binário motor.

A figura 2.5.mostra por analogia, uma comparação entre o binário motor gerado através

do sistema biela - manivela e o binário gerado a partir de uma manivela manual.

F – Força aplicada na coroa do êmbolo.

M – Binário motor.

R - Raio da manivela da cam-bota

F – Força aplicada pelo braço à manivela.

M – Binário.

R - Raio da manivela.

Fig.2.5 – Comparação entre o binário motor gerado pelo sistema-biela manivela e o binário gerado por uma manivela manual


Binário Motor

A figura 2.6 mostra a decomposição das forças que dão origem a o binário motor.

Analisando com algum cuidado a decomposição das forças que mostra a figura 2.6, tem-

se:

No ponto (B), a força F0 provocada pela pressão (P) dos gases sobre a coroa do êmbo-

lo, decompõe-se nas forças F1 e F2.

No ponto (A), a mesma força F1 decompõe-se nas forças F e F’.

É a força (F) aplicada no ponto (A), que dá origem ao binário motor da seguinte forma:

T – Binário motor.

F – Força aplicada.

dOA – Distância entre o ponto (O) e o pon-

to (A) (braço da força).

Quanto maior for o binário motor desenvolvido por um motor, maior será a sua capacida-

de de gerar o movimento rotativo da cambota, beneficiando o seu poder de resposta às

várias solicitações de aceleração.

T = F × dOA

Fig.2.6 – Forças aplicadas à biela e cambota que provocam a rotação da cambota

Cilindro

Êmbolo

Biela

Moente de biela Cambota

Cavilhão

Moente de apoio


Binário Motor

Como vimos atrás, o valor do binário motor é T = F × dOA. No entanto, este valor não é constante, variando a cada momento. Isto porque, a força F e a posição da biela

variam ao longo do curso do êmbolo.

O binário obtido é um binário médio.

Num motor funcionando num ciclo a 4 (quatro) tempos, apenas o tempo de expansão

(tempo motor) produz um binário motor. Os restantes tempos do ciclo produzem um

binário resistente.

Devido a diferentes causas, o maior valor da pressão no interior do cilindro não aconte-

ce no regime máximo de rotação do motor, mas sim a um valor mais baixo.

Por esta razão, o binário motor máximo não se obtém no regime de rotação máximo do

motor, mas sim a um regime de rotação mais baixo.

2.3 - BINÁRIO RESISTENTE

Os atritos internos do motor entre os seus vários componentes em movimento e as

resistências externas ao motor, provocam forças que se opõem à rotação do motor.

Estas forças, aplicadas ao veio motor provocam o chamado binário resistente. Este

binário opõem-se ao binário motor.

O binário motor varia fundamentalmente de acordo com a quantidade de combustível

que enche e é queimado no interior do cilindro. E esta depende da posição de abertura

da borboleta de aceleração (que é controlada pelo condutor do veículo através do pedal

do acelerador). Assim sendo, a velocidade do motor depende do valor do binário resis-

tente e da posição de abertura da borboleta de aceleração.

O binário motor atinge o seu valor máximo no regime de rotação em

que se verificar o maior valor de pressão dentro do cilindro.


Binário Motor

A velocidade de rotação do motor depende do equilíbrio entre as forças que produzem

a rotação da cambota e aquelas que se opõem a essa mesma rotação (equilíbrio entre

o binário motor e o binário resistente).

Estabelecido um determinado regime de rotação do motor, se variar o binário resistente

(aumentar ou diminuir) é criado um desequilibro. Para restabelecer o equilíbrio é neces-

sário fazer variar a posição de abertura da borboleta de aceleração (abrir ou fechar).

Quando o motor roda ao ralenti (regime de rotação mínimo) a borboleta de aceleração

está quase fechada. O binário motor está em equilíbrio com o binário resistente e são

ambos muito pequenos.

Quando a borboleta de aceleração está completamente aberta (Fig.2.7) e o esforço

aplicado ao motor é constante, com uma amplitude tal que o motor funcione à velocida-

de de rotação prevista, o binário motor e o binário resistente encontram-se em equilíbrio

e a rotação do motor permanece constante.

É o caso em que o veículo se desloca numa estrada plana (Fig.2.8.) e o condutor leva o

pedal do acelerador pisado a fundo.

Fig.2.7 – Borboleta de aceleração total-mente aberta

Fig.2.8 – Veículo numa estrada plana


Binário Motor

Se por exemplo, o veículo começar a subir uma encosta (Fig.2.9.), o esforço aplicado

ao motor aumenta (aumenta o binário resistente) reduzindo a velocidade do veículo.

Se além do veículo subir a encosta, este for sujeito ao carregamento de uma carga

pesada (Fig.2.10.) o esforço aplicado ao motor aumenta mais (aumenta o binário resis-

tente) reduzindo mais a velocidade do veículo. Nesta situação, para aumentar a veloci-

dade a borboleta de aceleração teria que ser mais aberta.

Fig.2.9 – Veículo a subir uma encosta

Fig.2.10 – Veículo a subir uma encosta carregado


Binário Motor

Se pelo contrário, o veículo começar a descer uma encosta e sem carregamento

(Fig.2.11), o esforço aplicado ao motor diminui (diminui o binário resistente) aumentando

a velocidade do veículo.

Nesta altura, pode-se fechar um pouco a borboleta de aceleração (levantar o pé do ace-

lerador).

Como se vê, existe um número infinito de combinações possíveis entre a posição da bor-

boleta de aceleração e o esforço a que está submetido o motor (binário resistente), para

se obter a velocidade de rotação do motor desejada para cada caso.

Fig.2.11 – Veículo a descer uma encosta


Rendimento

3 – RENDIMENTO

3.1 - RENDIMENTO - DEFINIÇÃO

Todas as máquinas térmicas ou mecânicas, qualquer que seja a forma de energia que

utilizem, não podem transformar toda a energia que lhes é fornecida integralmente em

trabalho útil.

Isto porque, no funcionamento das máquinas existem perdas de energia que são

essencialmente de dois tipos:

Perdas térmicas

Perdas mecânicas

No caso dos motores térmicos (o caso dos motores de automóveis), as perdas térmicas

dão-se através do sistema de escape e do sistema de arrefecimento e as perdas mecâ-

nicas dão-se através dos vários atritos internos entre as superfícies dos componentes

do motor em funcionamento.

O rendimento é um valor adimensional (não tem unidades) e é dado em percentagem.

Exemplo: η = 80 %.

De uma maneira geral, o rendimento é definido como sendo a relação

entre a quantidade de energia em forma de trabalho que o motor produz e

a quantidade de energia que é fornecida ao motor.

100 motor ao fornecida Energia

motor pelo produzido Trabalho×=η


Rendimento

Como se disse, devido às perdas durante o seu funcionamento (térmicas e mecânicas)

nenhum motor consegue transformar toda a energia que recebe em trabalho útil. Por

esse facto, o rendimento é sempre um valor inferior a 100%.

3.2 - RENDIMENTO MECÂNICO

O rendimento mecânico pode ser dado pela relação entre a potência efectiva produzida

pelo motor (potência medida no veio motor) e a potência indicada (potência realmente

produzida pela combustão e transmitida ao êmbolo).

Em que,

ηm – Rendimento mecânico


Pi – Potência indicada

Como se viu no sub-capítulo 1.3.3, a potência indicada é a potência que seria produzida

pelo motor se não houvessem perdas por atrito no seu funcionamento.

Os factores que têm influência no rendimento mecânico são:

Perdas por atrito entre os componentes em movimento do motor

(êmbolos, segmentos, cambota, etc). As perdas por atrito são sob a

forma de calor.

Perdas devido ao accionamento de equipamentos auxiliares do motor

(bomba de água, alternador, bomba de óleo, etc).

Perdas por bombagem (por depressão no tempo de admissão e por

contrapressão no tempo de escape).

η < 100 %

ie

m PP

=η


Rendimento

O rendimento mecânico nos motores actuais é da ordem dos 85%. Os restantes 15%

são perdidos devido aos vários factores acima citados.

3.3 - RENDIMENTO TÉRMICO

O rendimento térmico pode ser dado pela relação entre a potência indicada (potência

realmente produzida pela combustão) e a potência teórica (potência que seria produzi-

da pelo motor se toda a energia calorífica do combustível se transformasse em energia

mecânica).

Em que,

ηt – Rendimento térmico

Pi – Potência indicada

PT – Potência teórica

Como já se viu atrás, parte da energia fornecida ao motor não é transformada em traba-

lho mecânico perdendo-se sob a forma de calor.

Para se obter um rendimento térmico elevado (num motor de ciclo a 4 (quatro) tempos),

deve-se ter em atenção o seguinte:

1) Manter os cilindros a uma temperatura elevada.

2) Reduzir o mais possível a duração do tempo de expansão.

3) Diminuir a superfície das paredes do cilindro.

4) Aumentar o curso de expansão.

5) Reduzir ao máximo a contrapressão no tempo de escape.

6) Reduzir ao máximo a depressão no tempo de admissão.

7) Aumentar a temperatura dos gases antes de serem introduzidos no cilindro.

8) Utilizar uma compressão elevada.

Ti

t PP

=η


Rendimento

3.4 - RENDIMENTO TOTAL

O rendimento total pode ser dado pela relação entre a potência efectiva (potência

medida no veio motor) e a potência teórica (potência que seria produzida pelo motor se

toda a energia calorífica do combustível se transformasse em energia mecânica).

Em que,

ηtotal – Rendimento total Pe – Potência efectiva

PT – Potência teórica

O rendimento total pode também ser dado pelo produto entre o rendimento térmico e o

rendimento mecânico.

Em que,

ηtotal – Rendimento total

ηt – Rendimento térmico

ηm – Rendimento mecânico

A tabela 3.1 mostra os valores obtidos em média para os rendimentos térmico, mecâni-

co e total:

Tab.3.1 – Valores médios dos rendimentos térmico, mecânico e total

O rendimento total pode também ser calculado a partir da medição do seu consumo

específico.

Te

total PP

=η

mttotal η×η=η

Rendimento Térmico

Rendimento Mecânico

Rendimento Total

A Gasolina 0,30 0,85 0,25

Diesel 0,45 0,85 0,38

MOTOR

tη mη mttotal η×η=η


Rendimento

3.5 - RENDIMENTO VOLUMÉTRICO

O rendimento volumétrico pode ser dado pela relação entre a massa de gases real-

mente introduzida no cilindro em cada ciclo de funcionamento do motor e o peso de

uma carga completa (massa de gases correspondente ao volume total do cilindro).

Em que,

ηv – Rendimento volumétrico

Me – Massa de gases introduzida no cilindro

Mc – Massa de gases de uma carga completa

O rendimento volumétrico varia com:

A velocidade média do êmbolo

A secção e forma das condutas de admissão

O tamanho e posição das válvulas

A temperatura de funcionamento do motor

Forma da câmara de combustão

O rendimento volumétrico pode ser bastante aumentado, através da compressão do ar

de admissão antes de este ser introduzido no cilindro. É o caso dos motores sobreali-mentados. A utilização de um intercooler pode aumentar ainda mais o rendimento volu-

métrico.

ce

v MM

=η


Rendimento

3.6 – RENDIMENTO EFECTIVO

O rendimento efectivo de um motor, pode ser determinado a partir do consumo horário

de combustível, do consumo especifico de combustível e da potência efectiva do motor,

num determinado regime de rotação.

É utilizada a seguinte fórmula:

ηe – Rendimento efectivo.

Pe – Potência efectiva.

Ch – Consumo horário de combustível [kg / h].

Ce – Consumo específico de combustível [kg /kW.h].

PC – Poder calorífico do combustível [kJ / kg]

Nota: O valor 3600 que aparece na fórmula, é para efectuar a conversão de consumo

horário (por hora) em consumo por segundo. Notar que 1 hora tem 3600 segun-

dos.

Para um motor a gasolina, o rendimento efectivo é cerca de 20 a 35 %, ,enquanto num

motor diesel pode ser superior a 35%.

Em termos práticos, um rendimento na ordem dos 25%, significa que apenas um quarto

da energia disponível no combustível, se transforma em energia mecânica que é apro-

veitada para a propulsão do veículo.

EXEMPLO:

Considere-se um motor diesel que funciona segundo um ciclo de 4 (quatro) tempos e

tem um consumo específico de 0,22 kg / kW.h. O poder calorífico do combustível é de

42496 kJ / kg.

Pretende-se determinar o valor do rendimento efectivo do motor.

PCC3600

PCCP3600

ehe

e ×=

××

=η


Rendimento

Resolução:

Ce = 0,22 kg / kW.h

PC = 42496 kJ / kg

Utilizando a fórmula tem-se:

O motor tem um rendimento efectivo de 38,5 %.

3.7 – BALANÇO TÉRMICO

Como já foi dito atrás, só uma pequena parte da energia calorífica do combustível que é

queimado durante o funcionamento do motor, é transformada em energia mecânica. A

parte restante perde-se sob diversas formas.

A figura 3.1. mostra o balanço térmico de um motor de características médias.

A figura 3.1 mostra que dos 100% do poder calorífico do combustível, perdem-se 20%

no sistema de refrigeração, 35% no sistema de escape, 15% em atritos mecânicos inter-

nos. Apenas 30% podem ser aproveitados para a propulsão do veículo.

% 38,5 0,385 42496 22,0

3600 PC C

3600

ee ==

×=

×=η

Fig.3.1 – Balanço térmico

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